Proteus+51单片机步进电机的控制系统设计+电路图(3)
5）程序的调试及修改
用Proteus软件进行编程和调试，并且进行系统仿真。
2 系统总体规划
系统主要由键盘控制模块、LED显示模块和驱动模块组成。
本次毕业设计主系统确定设计要求如下：
1）步进电机运行要求
步进电机的运行控制涉及位置控制和加、减速控制。其中，位置控制是最主要的控制，本设计要求在位置上实现准确控制（要求转动步数由数字键直接输入）。
2）功能要求
要求具有运行步设置，在线正、反转及启停控制。
3）步进电机运行速度
运行速度在线可调。
总体规划流程如图2.1所示，首先根据课题的要求，需要实现的功能是单片机控制步进电机。根据设计出来的电路图编写程序流程图，编写并调试好程序，再使用Proteus仿真，最后完成整个毕业设计。
图2.1 总体规划流程图
3 系统硬件设计
3．1 步进电机的控制系统设计原理
步进电机由定子和转子两部分组成，下面以一两相反应式步进电机为例，说明步进电机工作原理。
如图3.1所示，二相步机电机的定子上有两对磁极，按N、S、N、S分配，每两个相对的磁极组成一对。每对磁极都缠有同一个绕组，形成一相。转子是由软磁材料制成的，其外表面均匀分布着小齿，它们大小相同，间距相同。这些小齿与定子磁极上的小齿的齿距相同形状相似。
按表3.1的时序给步机绕组通电，步进电机将产生转动，改变相序通电，步进电机的转向将反相，停止发送脉冲，步机电机将停止运转[4]。
表3.1 通电相序
图3.1 步进电机结构
如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。
基于单片机的步进电机控制方案如图3.2所示。系统由键盘、微处理器和功率放大器三部分组成。键盘负责发布命令、输入数据，采用带中断的行列式键盘，微处理器负责将命令转化成控制信号。功率放大器具有信号放大的功能[4]。
图3.2 单片机控制步进电机原理图
3.2 步进电机的电路设计
3.2.1 步进电机简介
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。
步进电机的基本参数有：
一）步进电机的静态指标术语[2]
1）相数：产生不同对N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。
2）拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.
3）步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。